El uranio y su extracción
El uranio es un elemento químico de tipo metálico perteneciente a la serie de los actínicos en la tabla periódica. El símbolo químico bajo el que se representa es U, y posee una valencia de valor 6. Su número atómico es de 92, por lo cual se dice que se encuentra constituido por 92 protones y 92 electrones.
El peso atómico del uranio, es el mayor peso de todos los elementos químicos que podemos encontrar en la naturaleza, siendo alrededor de un 70% más denso incluso que el plomo. Además es ligeramente radiactivo, y se conoce desde 1789, cuando fue descubierto por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth, descubridor de otros elementos como el circonio y el titanio. Klaproth, denominó uranio al elemento descubierto, por el planeta Urano, que había sido descubierto pocos años antes.
El aspecto del uranio es el de un metal de color gris plata. En la naturaleza podemos encontrarlo en pequeñas concentraciones, formando parte de la composición de rocas, minerales, seres vivos, etc. Es por ello, que para poder hacer uso de dicho elemento debemos extraerlo.
El uranio es el actinoide con mayor demanda, gracias al uso que se le da en los reactores nucleares. El uranio en la naturaleza, se encuentra en depósitos minerales de prácticamente todo el mundo, e incluso en el agua de mar podemos encontrarlo, pues esta posee unas concentraciones de entorno a 0.003 ppm, siendo en total unas 5×10^9 toneladas de uranio en todos los océanos. En la actualidad, el método de extracción utilizado más económico, usa el óxido de uranio (IV), el UO2, el cual se extrae de las minas, y recibe el nombre común de pechblenda.
Las minas de uranio, deben encontrarse ventiladas con elevados volúmenes de aire fresco, para evitar así, los niveles de otro elemento, el radón, que es liberado en la desintegración radiactiva del uranio.
De igual manera que en la gran parte de las extracciones de metales, se utilizan diferentes rutas. El método que pasamos a explicar es aquel que posee una química más interesante.
La mena con contenido den óxido de uranio (IV), primeramente es tratada con un agente oxidante, como puede ser el ion hierro (III), produciéndose el óxido de uranio (VI), UO3, a través de la reacción:
UO2 (s) + H2O (l) → UO3 (s) + 2 H^+ (ac) + 2 e^-
Fe^3+ (ac) + e^- → Fe^2+ (ac)
Al añadir ácido sulfúrico, se provoca la solución de sulfato de uranilo, la cual contiene al catión uranilo, UO2^2+:
UO3(s) + H2SO4 (ac) → UO2SO4 (ac) + H2O (l)
Una vez se hayan eliminado las impurezas presentes, se añade amoniaco a la anterior solución, con la finalidad de dar un precipitado de color amarillo de diuranato de amonio, (NH4)2 U2O7:
2 UO2SO4 (ac) + 6 NH3(ac) + 3 H2O (l) → (NH4)2 U2O7 (s) + 2 (NH4)2 SO4 (ac)
A dicho precipitado, comúnmente se le conoce como “la torta amarilla”, siendo además la forma más comercial que tiene el uranio.
Para utilizarse en la mayor parte de los reactores nucleares, y en la fabricación de bombas, es necesario separar los dos isótopos comunes que tiene el uranio, es decir, el U-235 y el U-238. Generalmente esto se realiza permitiendo que el fluoruro de uranio (VI) gas, se difunda a través de una membrana; las moléculas que tienen menor masa tengan en su contenido U- 235, generalmente atraviesan la membrana de forma más rápida. Una vez más, existen varias formas de fabricar dicho compuesto. Una de las rutas para dicho fin, consiste en calentar la torta amarilla, con el fin de dar el óxido mixto, óxido de uranio (IV) y VI, el U3O8:
9 (NH4)2 U2O7 (s) → 6 U3O8 (s) + 14 NH3 (g) + 15 H2O (g) + N2 (g)
El compuesto se reduce con hidrógeno, pasando a óxido de uranio (IV):
U3O8 (s) + 2H2(g) → 3 UO2 (s) + 2 H2O (g)
El óxido de uranio (IV), es tratado con fluoruro de hidrógeno, para que de fluoruro de uranio (IV), UF4:
UO2 (s) + 4 HF (g) → UF4(s) + 2 H2O (l)
En último lugar, el fluoruro de uranio (IV), el cual es un sólido de color verde, se oxidará a fluoruro de uranio (VI) gas, UF6, usando diflúor, sintetizado:
UF4 (s) + F2 (g) → UF6 (g)
El bajo punto de ebullición que posee el fluoruro de uranio (VI), es esencial para la purificación del uranio, así como para la separación de sus isótopos. Si hacemos la comparación del fluoruro de uranio (IV), y el fluoruro de uranio (VI), está claro el contraste que tienen en sus propiedades físicas. Por ejemplo, podemos citar que el fluoruro de uranio (IV), UF4, funde a 960º C, mientras que el fluoruro de uranio (VI), UF6, sublima a 56ºC. Esta diferencia puede interpretarse en sus densidades de carga, donde el ion uranio (IV), es de 140 C.mm^-3, y el ion uranio (VI), 348 C.mm^-3. Es por ello, que este último ion 6+, cabría esperar que fuese lo suficientemente polarizante como para poder tener un comportamiento covalente.
